Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.85 MB, 81 trang )
2019
Phụ lục 04
Huỳnh Bá Công
TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ
C
C
R
L
THIẾT KẾ VÀ
CHẾ TẠO HỆ
T
U
THỐNG
CẮT
D LASER THEO
ĐỀ TÀI:
BĂNG CHUYỀN
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Sinh viên thực hiện: HUỲNH BÁ CÔNG
Số thẻ sinh viên: 101140177
Lớp: 14CDT2
Đà Nẵng, 12/2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
C
C
THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO HỆ
R
L
THỐNG CẮT
LASER
THEO
T
U
BĂNG
CHUYỀN
D
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Sinh viên thực hiện: HUỲNH BÁ CÔNG
Số thẻ sinh viên: 101140177
Lớp: 14CDT2
Đà Nẵng, 12/2019
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Cơng
Số thẻ SV:101140177
Lớp: 14CDT2
Đề tài nói về bộ máy cắt laser tự động theo cấu hình máy CNC. Do cơ sở vật chất
và khả năng có hạn, đề tài chỉ dừng ở mức độ khắc sản phẩm gỗ, cắt giấy, kim loại cực
mỏng với đầu laser cơng suất 2.5W.
Mục đích: Cắt sản phẩm tự động với số lượng yêu cầu
Đối tượng cắt: Giấy, gỗ, sắt
Phương pháp: Cắt laser bằng công nghệ CNC
Sai số cho phép: 10%
C
C
Nội dung các chương của thuyết minh gồm 4 chương:
R
L
T
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Nội dung chương 1 nói về lý do tác giả chọn đề tài này, các vấn đề đặt ra và các
mục tiêu, mục đích thực hiện nghiên cứu, cơ sở lý luận. Theo đó cịn giới thiệu sơ lược
U
D
về các khái niệm lý thuyết laser, CNC mà tác giả đã áp dụng vào đề tài nghiên cứu.
Cuối cùng là giới thiệu sơ lược về đề tài, các khối hình thành, cách hoạt động cũng
như đưa ra hình mơ hình thiết kế, nội dung được thể hiện gồm các mục:
1.1. Giới thiệu đề tài
1.2. Giới thiệu về công nghệ cắt laser
1.3. Khái niệm máy CNC
1.4. Tổng quan về hệ thống máy cắt laser theo băng chuyền
Chương 2: Thiết kế tính toán, chọn phương án và vật liệu xây dựng cơ khí
Chương này thể hiện sơ đồ, cấu tạo của hệ thống. Trình bày các phương pháp,
phương án về cơ khí mà tác giả đã chọn, các vật liệu, cách tính toán áp dụng vào đề tài.
Chọn động cơ, thiết kế khung và các cơ cấu có trong đồ án, các trục X, Y vận hành,
băng chuyền…gồm các mục:
2.1. Sơ đồ tổng thể hệ thống
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
2.2. Giới thiệu phần mềm thiết kế
2.3. Băng chuyền
2.4. Trục X, Y của máy cắt laser
2.5. Laser
Chương 3: Thiết kế và xấy dựng hệ thống điều khiển
Mở đầu chương giới thiệu các phần mềm được sử dụng, các linh kiện điện tử có
trong mơ hình. Trình bày cách điều khiển, vận hành hệ thống, cách làm việc với bộ điều
khiển và máy tính. Lưu đồ thuật tốn và lập trình.
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng
3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch
3.3. Sơ đồ nối dây của mạch
C
C
Chương 4: Kết luận và định hướng đề tài
Chương kết luận và đưa ra những kết quả mà đề tài đạt được, các hạn chế của đề
R
L
T
tài và định hướng phát triển trong tương lai.
4.1. Những kết quả đạt được
4.2. Hạn chế
U
D
4.3. Hướng phát triển
Tài liệu tham khảo
Là phần trình bày và đưa ra những tài liệu, trang mạng mà tác giả đã tham khảo
trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Phụ lục
Những nội dung phụ có thể được thêm để người đọc rõ hơn về đồ án.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Huỳnh Bá Công
Số thẻ sinh viên: 101140177
Lớp: 14CDT2
Ngành: Cơ điện tử
Khoa: Cơ khí
Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
1. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Dựa vào số liệu thực tế đó đạc được:
Kích thước bàn máy laser: 30x30cm;
C
C
Kích thước băng tải: 60x20cm;
Đầu laser: 2,5W;
R
L
T
Nguồn 220V – 12V;
2. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
U
D
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền
Chương 2: Thiết kế tính tốn, chọn phương án và vật liệu xây dựng hệ thống cơ khí
Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài
3. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
Bản vẽ sơ đồ động: 1 A0
Bản vẽ sơ đồ mạch: 1 A0
Bản vẽ lưu đồ thuật toán: 1 A0
Bản vẽ tổng thể: 1 A0
Bản vẽ lắp: 1 A0
Bản vẽ chi tiết: 1 A0
4. Họ tên người hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
26/08/2019
6. Ngày hoàn thành đồ án:
15/12/2019
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 8 năm 2019
Trưởng Bộ môn ……………………..
Người hướng dẫn
TS. Đặng Phước Vinh
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng
ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Cùng với đó là q trình
“Cơng nghiệp hóa- Hiện đại hóa” đất nước, các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động
có năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng cao, công nhân ngày càng dễ dàng thực
hiện những công đoạn sản xuất hơn, các quản lí cũng dễ dàng trong việc kiểm sốt và
đánh giá sản phẩm. Tuy nhiên việc tiếp cận các hệ thống dây chuyền như vậy còn hạn
chế ở nước ta, chủ yếu phải nhập từ nước ngồi.
Với mục tiêu đóng góp một phần nhỏ vào nghành công nghiệp của đất nước, trên
cơ sở những kiến thức đã học về cơ khí, điện tử, điều khiển tự động ... em quyết định
thực hiện để tài: “Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền”. Đề
C
C
tài này giúp em tìm hiểu thêm về các thiết bị điện tử, các dây chuyền cơng nghệ, lập
R
L
T
trình… và các kinh nghiệm thực tế rất có ích cho cơng việc sau này của bọn em.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy TS. ĐẶNG
PHƯỚC VINH đã giúp đỡ rất nhiều trong quá trình tiềm hiểu thiết kế và hoàn thành đề
U
D
tài đồ án này. Cùng với sự cố gắng và nỗ lực em đã hoàn thành xong đồ án của mình,
tuy nhiên trong thời gian ngắn thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn nhiều hạn chế,
nên trong tập đồ án này không tránh khỏi thiếu sót, nhóm thực hiện rất mong được sự
đóng góp ý kiến của thầy cơ và các bạn sinh viên.
Đà Nẵng, ngày 03 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Huỳnh Bá Công
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
v
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
vi
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện
luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ
nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.
Sinh viên thực hiện
Huỳnh Bá Công
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
vii
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
viii
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
MỤC LỤC
TÓM TẮT........................................................................................................................0
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................v
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... vii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ……………………………………………………......xii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ......................................................xvv
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG THEO BĂNG
CHUYỀN.........................................................................................................................1
Giới thiệu đề tài..................................................................................................1
C
C
1.1.1.
Đặt vấn đề ................................................................................................1
1.1.2.
Giới hạn đề tài ..........................................................................................1
1.1.3.
Mục đích nghiên cứu ...............................................................................2
1.1.4.
Cơ sở lý luận ............................................................................................2
R
L
T
U
D
Giới thiệu về công nghệ cắt laser .......................................................................3
1.2.1.
Laser.........................................................................................................3
1.2.2.
Công nghệ cắt laser ..................................................................................8
Khái quát khái niệm về máy CNC ...................................................................12
1.3.1.
Khái niệm máy CNC .............................................................................12
1.3.1.1. Giới thiệu máy CNC ..............................................................................12
1.3.2.
Cấu hình máy cắt laser CNC .................................................................15
1.3.3.
Điều khiển CNC, chương trình gia cơng NC.........................................17
1.3.3.1. Nguyên lý của điều khiển số NC (Numerical Control) .........................17
1.3.3.2. Các phương thức điều khiển số (NC) ....................................................18
1.3.3.3. Lập trình NC ..........................................................................................20
Tổng quan về hệ thống cắt laser tự động theo băng chuyền ............................21
1.4.1.
Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống................................................21
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
ix
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
1.4.2.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống ........................................................22
1.4.3.
Yêu cầu công nghệ của hệ thống ...........................................................23
1.4.4.
Cơ cấu đồ án ..........................................................................................23
Chương 2: THIẾT KẾ TÍNH TỐN, CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ VẬT LIỆU XÂY
DỰNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ .......................................................................................24
Sơ đồ tổng thể hệ thống ...................................................................................24
Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks .................................................24
Băng chuyền.....................................................................................................27
Chọn động cơ .........................................................................................27
Thiết kế mơ hình ....................................................................................27
Trục X, Y của máy cắt laser.............................................................................29
C
C
Chọn phương án chuyển động của hệ thống..........................................32
R
L
T
Các phương án truyền động của hệ thống .............................................33
Vít me đai ốc thường .............................................................................34
Vít me đai ốc bi......................................................................................35
U
D
Truyền đai với hệ trượt con lăn .............................................................36
Chọn phương án truyền động ................................................................37
Chọn động cơ và tính tốn thơng số phù hợp với máy ..........................37
Phân tích chọn động cơ dẫn động cho các trục......................................38
Chọn động cơ bước phù hợp ..................................................................42
Chọn vật liệu khung ...............................................................................42
Laser .................................................................................................................44
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................45
3.1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng .....................................................................45
3.1.1.
Phần mềm Orcad....................................................................................45
3.1.2.
Phần mềm Arduino ................................................................................46
3.2. Các linh kiện điện tử có trong mạch ................................................................47
3.2.1.
Arduino UNO R3 ...................................................................................47
3.2.2.
Driver động cơ bước A4988 ..................................................................51
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
x
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
3.2.3.
Cảm biến tiệm cận .................................................................................54
3.2.4.
Module điều khiển động cơ L298N .......................................................55
3.2.5.
Module điều khiển CNC Shield V3 .......................................................56
3.2.6.
Công tắc hành trình ................................................................................57
3.3. Xác định sơ đồ nối dây ....................................................................................58
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ....................................59
4.1. Những kết quả đạt được ...................................................................................59
4.2. Hạn chế ............................................................................................................59
4.3. Hướng phát triển ..............................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60
PHỤ LỤC ......................................................................................................................61
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xi
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xii
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Lượng đầu vào nhiệt cần thiết cho các vật liệu khác nhau ở các độ dày
khác nhau bằng cách sử dụng laser CO2 đơn vị W ...............................................12
Bảng 1.2: Chuẩn, vị trí đặc tính và ứng dụng của máy CNC cơ bản ....................15
Bảng 3.1: Thông số UNO R3 47
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xiii
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xiv
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Thành phần của tia laser hồng ngoại đầu tiên .........................................4
Hình 1.2: Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.........................................6
Hình 1.3: Máy cắt kim loại bằng laser ....................................................................9
Hình 1.4: 1) Máy tiện; 2) Máy phayTrục máy CNC .............................................13
Hình 1.5: a) Máy phay CNC 3 trục; b) Máy phay CNC 5 trục .............................14
Hình 1.6: Phương pháp Hybrid laser .....................................................................16
Hình 1.7: Phân loại lệnh điều khiển chuyển động NC ..........................................18
Hình 1.8: Điều khiển điểm ....................................................................................19
Hình 1.9: Điều khiển đường ..................................................................................19
Hình 1.10: Điều khiển biên dạng...........................................................................20
C
C
Hình 1.11: Các khối cơ bản của hệ thống .............................................................22
Hình 1.12: Quá trình hệ thống hoạt động ..............................................................23
R
L
T
Hình 1.13: Mơ hình máy cắt laser tổng thể ...........................................................23
Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống .........................................................................24
U
D
Hình 2.2 Phần mềm Solidworks ............................................................................25
Hình 2.3: Động cơ giảm tốc ZS – RE81 ...............................................................27
Hình 2.4: Mơ hình thiết kế băng tải.......................................................................28
Hình 2.5: Mơ phỏng máy laser trên Solidworks ...................................................29
Hình 2.6: Mơ hình máy laser .................................................................................30
Hình 2.7: Hệ trượt con lăn .....................................................................................31
Hình 2.8: Động cơ và bu li chủ động ....................................................................31
Hình 2.9: Đầu laser ................................................................................................32
Hình 2.10: Cắt laser theo phương pháp phơi đứng n .........................................33
Hình 2.11: Vít me đai ốc thường ...........................................................................34
Hình 2.12: Vít me đai ốc bi ...................................................................................35
Hình 2.13: Bộ truyền đai .......................................................................................36
Hình 2.14: Con lăn – hệ trượt ................................................................................37
Hình 2.15: Động cơ một chiều (DC motor) ..........................................................38
Hình 2.16: Động cơ AC Servo ..............................................................................39
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xv
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 2.17: Động cơ bước (Stepping motor) ..........................................................40
Hình 2.18: Nhơm định hình ...................................................................................43
Hình 2.19: Laser 2,5W ..........................................................................................44
Hình 3.1: Phần mềm Orcad ...................................................................................46
Hình 3.2: Phần mềm Arduino ................................................................................47
Hình 3.3: Arduino UNO R3 ..................................................................................47
Hình 3.4: Vi điều khiển ATmega328 trên board Arduino ....................................48
Hình 3.5: A4988 – Trình điều khiển bước ............................................................51
Hình 3.6: Thơng số kỹ thuật – A4988 ...................................................................52
Hình 3.7: Sơ đồ nối dây – A4988 ..........................................................................53
Hình 3.8: Chân trạng thái – A4988 .......................................................................54
Hình 3.9: Cảm biến tiệm cận E3F – DS30C4 .......................................................55
C
C
Hình 3.10: Mạch L298N........................................................................................56
Hình 3.11: Mạch CNC Shield V3.........................................................................57
R
L
T
Hình 3.12: Cơng tắt hành trình ..............................................................................57
Hình 3.13: Sơ đồ nối dây máy laser ......................................................................58
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xvi
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU:
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
CHỮ VIẾT TẮT:
…….……..........................................................................................................................
C
C
…….……..........................................................................................................................
…….……..........................................................................................................................
R
L
T
…….……..........................................................................................................................
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xvii
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
C
C
R
L
T
U
D
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
xviii
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẮT LASER TỰ ĐỘNG
THEO BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu đề tài
1.1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, thế giới cũng vừa trải qua cuộc
khủng hoảng kinh tế trầm trọng đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền công nghiệp tồn
cầu. Chính vì thế, việc ứng dụng các kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những
sản phẩm có năng suất, chất lượng cao, giá thành thấp nhận được ngày càng trở nên cấp
thiết, đặc biệt đối với những nước đang phát triển. Đặc biệt trong lĩnh vực gia cơng cắt
gọt đang phát triển cực kì nhanh chóng. Điều đó cũng đánh dấu một bước chuyển mình
của ngành gia cơng cơ khí chính xác.
C
C
Theo năm tháng, với đời sống ngày càng hiện đại, tiên tiến, yêu cầu chất lượng xã
R
L
T
hội càng tăng cao. Ngành công nghiệp trang trí, điêu khắc tạo ra các hoa văn trên những
vật liệu khác nhau như da, vải, gỗ...; ngành công nghiệp chế tạo làm nên các chi tiết có
độ tinh xảo, chính xác cao trên nhiều loại vật liệu như inox, sắt, thép, hợp kim nhôm,
U
D
nhựa…, kể cả kim cương, trang sức đá q. Qua đó, cơng nghệ laser đã ra đời và đáp
ứng, thỏa mãn hầu hết các yêu cầu kỹ thuật, mong muốn xã hội hiện tại, với hiệu suất
cao, giá thành rẻ, dễ sản xuất chế tạo và áp dụng vào hầu hết mọi lĩnh vực trên thế giới
hiện nay. Đã đáp ứng được về chất, nhưng lượng thì sao, một máy CNC cắt bằng cơng
nghệ laser vẫn cần sự can thiệp thủ công của con người khi đưa sản phẩm vào khn
cắt, nó làm giảm đi hiệu suất đáng kể khi nguồn cầu là một số lượng cực lớn như vậy.
Thế nên một hệ thống là thực sự cần thiết để tạo nên một dây chuyền sản xuất khép kín
đáp ứng được nhu cầu số lượng trên thị trường, đó chính là ý tưởng tạo nên mục tiêu
của đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cắt laser theo băng chuyền”.
1.1.2. Giới hạn đề tài
Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian bị còn hạn chế nên tác giả
chỉ tập trung tính tốn và hồn thành một máy cắt laser tự động cơ bản có thể hoạt động
được, cịn rất nhiều vấn đề khác cần phải hoàn thiện thêm.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
1
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Công suất đầu laser sẽ được điều chỉnh phù hợp để khắc trên gỗ, nhựa, giấy…, phù
hợp cho việc chế tạo sản phẩm thể hiện ý tưởng và là sự hạn chế trong khả năng của tác
giả đối với đề tài.
1.1.3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nhằm mục đích giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều hơn với máy CNC,
hệ thống dây chuyền tự động.
Đề tài cũng còn là cơ hội cho người nghiên cứu tiếp xúc và hiểu rõ hơn về máy
CNC, cách làm việc của một hệ thống tự động, có cơ hội tổng hợp lại một số kiến thức
đựơc học trong những năm qua.
Việc nghiên cứu còn là cơ sở giúp cải tiến khả năng công nghệ của một số máy
truyền thống, rèn luyện kỹ năng, kiến thức của sinh viên về chế tạo, gia cơng cơ khí, kỹ
C
C
năng lập trình, nổi bật giá trị của một sinh viên ngành Cơ điện tử.
1.1.4. Cơ sở lý luận
R
L
T
Việc tính tốn thiết kế các bộ phận của máy hồn tồn dựa vào lý thuyết của mơn
học kỹ thuật chế tạo máy, môn sức bền vật liệu, vẽ kỹ thuật – vẽ kỹ thuật cơ khí. Vậy
U
D
cơ sở tính tốn thiết kế bao gồm các chỉ tiêu sau:
-
Chỉ tiêu độ bền.
-
Chỉ tiêu độ chính xác.
-
Chỉ tiêu về tính cơng nghệ.
Việc lập trình áp dụng kiến thức vi điều khiển, điều khiển logic và hệ thống cơ điện
tử 1-2 để tạo nên một hệ hoạt động ổn định.
Để đảm bảo các chỉ tiêu trên người thiết kế dùng các phương pháp sau đây:
-
Phương pháp tham khảo tài liệu: nghiên cứu, tìm cách ứng dụng các cơng
thức, phương trình để tính tốn, kiểm tra độ bền của các chi tiết, bộ phận máy.
-
Phương pháp phân tích: sử dụng các kiến thức với sự trợ giúp của máy tính để
tính tốn thiết kế, sử dụng các phần mềm để tính tốn thiết kế. Đây là phương
pháp cho độ chính xác tương đối cao, thời gian nhanh.
Vì vậy để quá trình thiết kế được tốt thì cần có sự dung hịa giữa hai phương pháp
này.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
2
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu về công nghệ cắt laser
1.2.1. Laser
Khái niệm laser
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation trong tiếng Anh, có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích
thích".
Theo thuyết lượng tử thì trong một nguyên tử, các electron tồn tại ở các mức năng
lượng riêng biệt và rời rạc. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ
đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở phía ngồi sẽ có mức năng
lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ
C
C
bên ngồi, các electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng
R
L
T
lượng cao hay ngược lại, gọi là chuyển dời trạng thái. Các chuyển dời có thể sinh ra hay
hấp thụ lượng tử ánh sang photon theo thuyết lượng tử của Albert Einstein. Bước
sóng (liên quan đến màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa
các mức.
U
D
Một tia laser là một nguồn ánh sáng khác thường. Nó khá khác với bóng đèn hoặc
đèn flash. Laser tạo ra một chùm ánh sáng rất hẹp. Loại ánh sáng này hữu ích cho rất
nhiều cơng nghệ và dụng cụ, thậm chí một số loại mà bạn có thể sử dụng ở nhà.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
3
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Hình 1.1: Thành phần của tia laser hồng ngoại đầu tiên
Tia laser hồng ngọc (ruby laser) được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà
C
C
vật lý Maiman tại Hughes Laboratory in Malibu, California. Ruby là thành phần của
R
L
T
oxit nhôm, kết hợp với nguyên tử nhôm, được đặt trong Chromium. Chromium hấp thụ
tia sáng màng xanh lá cây và xanh lục, để lại duy nhất tia sáng màu hồng.
Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng
U
D
chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các linh kiện bán
dẫn như điốt laser.
Laser có trong rất nhiều ứng dụng, như làm mắt đọc đĩa quang CD/DVD, máy in
laser, máy quét mã vạch, công cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền dữ liệu trong
khơng gian vũ trụ, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng
laser. Trong quân đội laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của mục
tiêu. Trong giải trí laser được sử dụng trong các sân khấu như hòa âm ánh sáng.
Cấu tạo của laser
Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt
chất laser, nguồn ni và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất
laser là bộ phận chủ yếu.
Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuếch
đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt
chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
4
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẮT LASER THEO BĂNG CHUYỀN
Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các
photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các
hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế
cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào
hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.
Nguyên lý hoạt động laser
Một ví dụ về nguyên lý hoạt động của laser có thể miêu tả cho laser thạch anh:
Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của thạch anh di chuyển từ
mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích
lũy của electron.
Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng
C
C
thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.
Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải
R
L
T
các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các
photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền
U
D
khuếch đại dòng ánh sáng.
Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng
hiệu suất khuếch đại ánh sáng.
Một số photon thoát ra ngồi nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia
sáng đi ra chính là tia laser.
Sinh viên thực hiện: Huỳnh Bá Công
Hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
5
